固态生物质燃料的生产方法技术

本申请涉及一种固态生物质燃料的生产方法，以及由该方法生产的固态生物质燃料。此外，本申请涉及一种燃烧方法，包括燃烧该固态生物质燃料以产生能量。质燃料以产生能量。质燃料以产生能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态生物质燃料的生产方法


[0001]本申请涉及一种固态生物质燃料的生产方法，以及由该方法生产的固态生物质燃料。此外，本申请涉及一种燃烧方法，包括燃烧该固态生物质燃料以产生能量。

技术介绍

[0002]燃煤发电用于世界各地的发电厂和工业过程。煤炭和其他化石燃料是不可再生能源。在过去的几十年里，存在呼吁减少燃煤发电站的煤炭消耗，转而使用可再生资源作为能源。
[0003]源自生物质的燃料是可用于替代或至少部分替代煤炭的可再生能源的一个例子。生物质提取的燃料可以在燃烧过程中在发电厂中存在氧气的情况下燃烧以产生能量。生物质提取的燃料可以在最初设计用于燃煤的传统发电厂中燃烧，或者生物质提取的燃料可以在专门为生物质燃烧而建造的发电厂中燃烧。某些形式的生物质可以与煤混合并在发电厂内的同一燃烧过程中燃烧。这样的过程被称为生物质与煤共烧。为了适合与煤共烧，生物质提取的燃料通常必须具有某些特性，例如在特性方面具有一定水平的质量和均匀性。例如，由具有均匀尺寸、密度、水分含量等的颗粒组成的生物质燃料在共烧过程中是特别理想的。此外也期待生物质燃料包含低灰分水平。生物质提取的燃料中的灰分含量通常高于煤炭中的灰分含量。
[0004]存在各种已知的从生物质源生产固态生物质燃料的方法。WO2014/087949公开了一种生产固态生物质燃料的方法，其中生物质源在被模制成生物质块之前被蒸汽爆破，然后被加热以形成生物质燃料。该方法的目的是生产在储存期间具有足够的可处理性并在储存期间降低排放水中的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)的生物质燃料。该过程中使用的生物质来源是棕榈仁壳。
[0005]WO2016/056608以WO2014/07949的技术启示为基础，公开了一种固态生物质燃料的制造方法，其中不需要蒸汽爆破步骤来生产燃料。该方法包括成型化处理步骤，其中生物质源在被压缩并模制成生物质块之前被压碎，然后生物质块被加热。该方法公开的所使用的生物质源是树木，例如花旗松、铁杉、雪松、柏树、欧洲红松、杏仁老树、杏仁壳、金合欢木质部部分、金合欢树皮、核桃壳、西米棕榈、空果串、柳桉和橡胶。
[0006]WO2017/175733公开了一种类似的方法，包括成型化处理步骤，其中生物质源在被压缩并模制成生物质块之前被压碎，然后生物质块被加热。WO2017/175733的方法旨在提供生物质燃料，其在暴露于雨水时表现出低分解并在排放水中实现降低的COD。用于该方法的生物质来源选自橡胶树、金合欢、柳桉、桉树、柚木以及落叶松、云杉和桦树的混合物。
[0007]WO2019/069849旨在提供一种易于运输和储存并且在储存过程中抗自燃的生物质燃料。生物质燃料通过包括成型处理步骤的方法制造，其中生物质源在被压缩和模制成生物质块之前被压碎，然后生物质块被加热。生产燃料的生物质来源选自橡胶树、金合欢树、辐射松、落叶松、云杉和桦树的混合物；还有云杉、松树和冷杉。
[0008]WO2019/069860公开了一种用于生产生物质固态燃料的设备。该装置包括用于碳
化成型化处理过的生物质产品以获得生物质固态燃料的碳化炉。该装置还包括产量计算单元、温度测量单元和控制单元。控制单元基于生物质燃料的自燃特性控制施加到碳化炉的热量。该成型化处理过的生物质产品是将生物质源经过粉碎化处理成颗粒，再将所述颗粒成型化处理成成型化处理的生物质产品。生物质来源选自橡胶树、金合欢、龙脑香、辐射松、落叶松、云杉和桦树的混合物或云杉、松树和冷杉的混合物。
[0009]WO2018/181919公开了一种与上述不同的用于生产固态生物质燃料的方法。该方法涉及生物质的水热碳化步骤，其中生物质源在热水中加压以碳化生物质。该方法据报道以高产量和低制造成本提供具有高可磨性的生物质燃料。生物质的来源选自果壳、棕榈仁壳、椰子、竹子、空果串、杏和茄子。
[0010]WO2017/175737公开了一种用于冷却碳化生物质的冷却装置。该装置提高了半碳化模制生物质的冷却效率。该装置通过在生物质上喷水来冷却生物质。冷却器包括振动平板和用于在平板上喷水的喷水段。生物质燃料通过与上述相同的方法生产。生产生物质燃料的生物质来源为花旗松、铁杉、雪松、柏树、欧洲红松、杏仁老树、杏仁壳、金合欢木质部部分、金合欢树皮、核桃壳、西米棕榈、空果串、柳桉等橡胶树。
[0011]最后，WO2014/050964公开了一种改进生物质的可研磨性以使其可以与煤一起研磨的方法。该过程包括将磨碎的木材生物质的水分含量提高到10％到50％之间；在对生物质进行烘焙之前，将生物质致密化至具有0.55克/立方厘米或更高的密度。生物质的来源包括木屑、树皮、刨花和锯末。
[0012]本申请的专利技术人认识到，上述文献中讨论的固态生物质燃料及其制备方法具有与其相关的各种问题。例如，上述文献中描述的生物质来源都是通常仅天然存在的植物和树木，并且不容易以商业化规模种植和收获。专利技术人已经认识到，具有可以容易地生长和收获或以商业化规模获得的生物质来源将是有利的。具有可以生长和收获的生物质来源以使得可以控制生物质来源的质量和具体特性也是有利的。具有不需要大面积砍伐森林以提供足够量的生物质源用作燃料的替代生物质源也是有利的。
[0013]此外，本专利技术人发现，上述文献中所描述的全部由木材和类似材料构成的生物质，在经过本领域已知的常规粉碎化处理技术时，形成具有低均匀度的颗粒。此外，由于木材和类木材料难以粉碎的性质，对生物质资源进行粉碎化处理是昂贵的。本申请的专利技术人已经认识到，具有更容易通过本领域已知的常规化粉碎化处理技术粉碎并且在粉碎时形成更均匀尺寸的颗粒的生物质来源将是有利的。
[0014]此外，专利技术人发现，固态生物质燃料由上述文献中讨论的生物质来源制备并通过上述文献中的工艺制备的固态生物质燃料不具有足够的防水特性。防水特性对于固态生物质燃料很重要，因为它们在燃烧过程中(单独使用或与煤共同燃烧)时需要干燥(或至少足够干燥)。生物质燃料在储存或运输过程中经常暴露在潮湿环境中(例如雨水)。因此，具有增加的防水能力的生物质燃料是合乎需要的。
[0015]本专利技术人还认识到，上述文献中描述的生物质燃料生产工艺不能提供具有足够质量和均匀性的燃料。特别是，上述方法在成型化处理步骤期间没有提供对生物质密度的充分控制。

技术实现思路

[0016]本申请解决了上面提及的与现有技术中的各种方法有关的技术难题。本申请专利技术人发现个别生物质来源在提供固态生物质燃料上有用，能以商业化规模种植和收获。这样做，可以在生长周期中提供用于生产燃料的固定和恒定的生物质来源。此外，以商业化规模种植和收获这样的生物质来源使得能控制生物质来源的质量和均匀性，例如通过栽培育种技术。
[0017]此外，本申请专利技术人还发现，作为农业废物产品的某些生物质来源可用于生产固态生物质燃料。
[0018]除了上述之外，本申请专利技术人还发现，可以通过改进该方法的粉碎化处理、成型化处理和/或加热处理步骤来提供具有改进的防水特性的生物质燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产固态生物燃料的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤(1)提供平均粒径(D50)在30000微米到60000微米的一个或者多个生物质来源；步骤(2)粉碎化处理所述一个或者多个生物质来源以提供平均粒径(D50)在1000微米到10000微米的粉碎化处理过的生物质粉末；步骤(3)干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质粉末从而提供干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末；步骤(4)成型化处理所述干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末从而提供成型化处理过的生物质产品；步骤(5)加热处理所述成型化处理过的生物质产品至160摄氏度至420摄氏度的温度且持续0.25小时至5小时从而提供固态生物燃料；和(6)从所述固态生物燃料移除灰尘颗粒；其中，所述一个或者多个生物质来源包括以下中的一项或者多项的组合：甘蔗渣、向日葵茎、小麦茎、玉米茎、高粱茎、大豆茎、花生茎、棉茎、油菜茎、椰子壳、棕榈壳、海藻、花生壳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个生物质来源主要组成为或者组成为以下中的一项或者多项的组合：甘蔗渣、向日葵茎、小麦茎、玉米茎、高粱茎、大豆茎、花生茎、棉茎、油菜茎、椰子壳、棕榈壳、海藻、花生壳。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)提供平均粒径(D50)在30000微米到60000微米的所述一个或者多个生物质来源，包括：切割化处理述一个或者多个生物质来源从而使得平均粒径(D50)在30000微米到60000微米。4.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)粉碎化处理所述一个或者多个生物质来源以提供平均粒径(D50)在1000微米到10000微米的粉碎化处理过的生物质粉末，包括：在涉及负压气力输送装置的使用的过程中压碎化处理所述一个或者多个生物质来源，其中所述一个或者多个生物质来源的水分含量为重量的百分之二十或者更少。5.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质粉末从而提供干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末，包括：在干燥筒里干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉碎化处理过的生物质粉末的水分含量是重量的百分之二十或者更少，并且所述方法包括在单个干燥筒里干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉碎化处理过的生物质粉末的水分含量是重量的百分之二十或者更多，并且所述方法包括在多个干燥筒里干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质。8.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)干燥化处理所述粉碎化处理过的生物质粉末从而提供干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末，包括：在干燥化处理同时混合所述粉碎化处理过的生物质。9.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)成型化处理所述干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末从而提供成型化处理过的生物质产品，包括：
调整所述成型化处理步骤以便使得所述成型化处理过的生物质产品的密度可控，其中调整所述成型化处理步骤以便使得所述成型化处理过的生物质产品的密度可控包括控制用于所述成型化处理步骤的模具的压缩比。10.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤(4)成型化处理所述干燥化处理过且压缩过的生物质粉末之前，添加添加剂到所述干燥化处理过的且粉碎化处理过的生物质粉末。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述干燥剂增加所述成型化处理过的生物质产品的产量。12.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)加热处理所述成型化处理过的生物质产品持续0.4小时至2.5小时的时间段，和/或所述加热处理所述成型化处理过的生物质产品的步骤包括加热处理所述成型化处理过的生物质产品至180摄氏度至350摄氏度的温度，可选的210摄氏度至280摄氏度。13.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)加热处理所述成型化处理过的生物质产品包括在条件下加热处理所述成型化处理过的生物质产品从而诱导所述成型化处理过的生物质产品的烘焙。14.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)加热处理所述成型化处理过的生物质产品被调整以控制所述固态生物质燃料的均匀性，可选地其中调整所述步骤(5)以控制所述固态生物质燃料的均匀性包括在所述成型化处理过的生物质产品被旋转同时加热的装置中进行所述步骤(5)，可选地其中调整所述步骤(5)以控制所述固态生物质燃料的均匀性包括控制所述成型化处理过的生物质产品的旋转的速度或者方向，可选地其中所述成型化处理过的生物质产品在该装置中以逆时针和顺时针旋转。15.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述步骤(5)加热处理之后和所述步骤(6)从所述固态生物燃料移除灰尘颗粒之前的冷却所述固态生物燃料的步骤。16.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)从所述固态生物燃料移除灰尘颗粒包括用筛网移除所述固态生物质燃料中的灰尘颗粒。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述筛网具有2毫米至8毫米的孔径，优选其中所述筛网具有2毫米至5毫米的孔径，更优选其中所述筛网具有2毫米至3毫米的孔径。18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，使用滚筒筛作为筛网装置以从所述固态生物质燃料中移除灰尘颗粒，优选地其中所述滚筒筛包括旋转滚筒筛。19.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)从所述固态生物燃料移除灰尘颗粒包括使得所述固态生物质燃料经受振动、旋转、滚动或它们的任何组合。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)从所述固态生物燃料移除灰尘颗粒包括使用振动筛网，其中所述振动筛网的孔径为2毫米至8毫米，优选其中所述振动筛网的孔径为2毫米至5毫米，更优选其中所述振动筛网的孔径为2毫米到3毫米。21.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，根据DIN EN 15103测定的所述固态生物质燃料的堆积密度为0.55千克/升至0.8千克/升，优选地0.60千克/升至0.75千克/升，更优选0.60至0.70千克/升；和/或其中根据DIN EN 15210
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1测定的所述固态生物质
燃料的机械耐久性为90％或更多、93％或更多、或95％或更多。22.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，(1)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为甘蔗渣，并且其中所述固态生物质燃料具有0.60千克/升至0.65千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为95％或更高；(2)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为向日葵茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.60千克/升至0.65千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为95％或更高；(3)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为小麦茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.58千克/升至0.65千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为95％或更高；(4)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为玉米茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.61千克/升至0.66千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为96％或更高；(5)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为高粱茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.66千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为97％或更高；(6)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为大豆茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.61千克/升至0.66千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为96％或更高；(7)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为花生茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.68千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为97％或更高；(8)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为棉茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.68千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为98％或更高；(9)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为油菜茎，并且其中所述固态生物质燃料具有0.58千克/升至0.65千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为98％或更高；(10)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为椰子壳，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.72千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为98％或更高；(11)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为椰子壳，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.72千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为98％或更高；(12)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为棕榈壳，并且其中所述固态生物质燃料具有0.62千克/升至0.70千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为98％或更高；(13)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为海藻，并且其中所述固态生物质
燃料具有0.61千克/升至0.66千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为96％或更高；(14)所述一种或多种生物质来源包括或者主要组成为花生壳，并且其中所述固态生物质燃料具有0.61千克/升至0.66千克/升的堆积密度，并且其中所述固态生物质燃料的机械耐久性为97％或更高；其中所述体积密度根据DIN EN 15103测定，并且其中所述机械耐久性根据DIN EN 15210
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1测定。23.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，其中(1)所述生物质固态燃料的总干硫含量为0.5质量百分比或更低，优选0.45质量百分比或更低，最优选0.40质量百分比或更低，其中总干硫含量根据DIN EN 15289测定；(2)所述生物质固态燃料的总干氢含量为3质量百分比或更多，优选5质量百分比至10质量百分比，更优选5质量百分比至7质量百分比，其中总干氢含量根据DIN EN 15104测定；(3)所述生物质固态燃料的总干氧含量为20质量百分比或更多，优选25质量百分比至42质量百分比，更优选28质量百分比至40质量百分比，其中总干氧含量根据DIN E...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏红梅，
申请(专利权)人：柏红梅，
类型：发明
国别省市：